Magnetism ja elektromagnetiline induktsioon (5)

Ande Andekas-Lammutaja
Füüsika – Magnetism ja elektromagnetiline induktsioon
Magnetväljaks nimetatakse liikuva laetud keha poolt tekitatavat välja. Magnetvälja jõujooned on alguse ja lõputa, magnetväli on pöörisväli. Elektrivälja muutumine tekitab magnetvälja, mille kokkuleppelist suunda näitab orienteeritud magnetnõela põhjapoolus. Nähtust, mille korral magnetvälja paigutamise tulemusena tekitab aine ka ise magnetvälja, nimetatakse aine magneetumiseks. Magnetväli jaguneb voolu- ( juhet läbiv elektrivool avaldab magnetnõelale orienteerivat mõju (magnetnõel pöördub risti juhet), kahe paralleelse juhtme vahel mõjuvad juhtmega risti asetsevad jõud) ja püsimagnetväljaks (ümbritsetud alati magnetväljast, jaguneb tinglikeks põhja-ja lõunapooluseks, poolitamisel jääb kahe erineva poolusega püsimagnetiks, omadusi määrab eelkõige elektronide olemuslik magnetväli). Magnetinduktsioon näitab jõudu, mis mõjub ühikulise vooluga ja ühikulise pikkusega juhtmelõigule selle juhtmega ristuvas magnetväljas. Magnetinduktsioon on vektoriaalne suurus ja tema suunda näitab magnetväljas orienteerunud magnetnõela põhjapoolus (tähis B ja ühik tesla T). Kui juhtmele, mille pikkus on 1m ja milles kulgeb vool tugevusega 1A, mõjub selle juhtmega ristuva magnetvälja poolt jõud 1N, siis on välja magnetinduktsioon üks tesla (1T). Magnetvälja jõujoon on mõtteline joon, mille iga punktis on B-vektor (magnetinduktsioon) suunatud piki selle joone puutujat Jõujoone suund ühtib B-vektori suunaga antud punktis. Ampere seadus: Magnetväljas mõjub vooluga juhtmele jõud, mis on võrdeline voolutugevuse, magnetilise induktsiooni, juhtmelõigu pikkuse ja voolu suuna ning vektori B nurga vahelise sinusega (F = IBLsinα). Lorentzi jõud on võrdeline magnetilise induktsiooni, voolu kiiruse, laengu ja voolu ning magnetilise induktsiooni nurga vahelise sinusega (F = qvBsinα) ning on suunatud alati risti nii liikumise kui magnetvälja suunaga. Kruvireegel sirgvoolu puhul väidab, et magnetvälja suund ühtib parempoolse kruvi pöörlemise suunaga, kui voolu suunaks on kruvi kulgeva liikumise suund, ringvoolu puhul aga, et kui voolu suund ringjuhtmes ühtib parempoolse kruvi pea pöörlemise suunaga, siis selle voolu magnetvälja suunaks ringjuhtme teljel on kruvi kulgliikumise suund. Jõu suund määratakse vasaku käe reegli järgi. Vasak käsi asetatakse magnetvälja nii, et peopesa oleks põhjapooluse poole (jõujooned tulevad põhjapooluselt lõunapoolusele). Välja sirutatud sõrmed näitavad voolu suunda ja sõrmedega risti asetsev pöial näitab juhtmele mõjuva jõu suunda. Voolu suund on plussilt miinusele. Ferromagneetik (raud, koobalt , nikkel) tugevdab talle mõjuvat magnetvälja tuhandeid kordi (ühe osakese magnetväli on väga tugev), mille tagajärjel tekivad iseenesliku magneetumise piirkonnad, mida nimetatakse domeenideks. Selle piires on kõigi aineosakeste magnetväljad sama suunaga ning nad suudavad seda vähemalt osaliselt säilitada ka välise magnetvälja mõjuta. Kõva ferromagneetik säilitab endas info talle kunagi mõjunud magnetvälja kohta. Kergesti ümbermagneetuvat ferromagneetikut nimetatakse magnetiliselt pehmeks . Demagneeditud olekus moodustuvad domeenide magnetväljad ferromagneetiku tüki piires suletud ringe . Püsimagneti valmistamiseks tuleb näiteks raudnael mähkida juhtmega ja lasta sellest vool läbi. Tagasiside on nähtus, mille korral ühe füüsikalise suuruse muutumine põhjustab teiste suuruste selliseid muutusi, mis omakorda mõjutavad esimest suurust. Elektromagnetnähtustes on igasugune elektrivälja muutus tagasisidestatud temaga kaasneva muutuse kaudu. Elektromagnetilise induktsiooni seadus väidab, et magnetvälja muutumine tekitab elektrivälja (laengukandjaid paneb liikuma jõud, mis nihutab juhet magnetväljas. Kui liikuv juhe on osa vooluahelast, siis esineb selles ahelas induktsioonivool). Induktsiooni elektromotoorjõud on võrdeline magnetvoo muutumise kiirusega. Eneseinduktsioon on elektromagnetilise induktsiooni alaliik , mille korral magnetvoo muutus on põhjustatud voolu muutusest vaadeldavas juhis endas. Lenzi reegli kohaselt toimib induktsioonivool alati vastupidiselt voolu esile kutsuvale põhjusele. Induktiivsus näitab, kui suur endainduktsiooni elektromotoorjõud tekib selles juhis voolu ühikulisel muutumisel ajaühiku jooksul (L = εe * Δt/ΔI).
FA = IBLsinα (juhe liigub)
FL = qvBsinα ( aineosake liigub)
L = εe * Δt/ΔI
εi = - Δφ/Δt
Fk = m a
FL = Fk
εe = - L*Δl/Δt
F – juhtmelõigule mõjuv jõud (N)
I – juhet läbiv voolutugevus (A)
B – magnetinduktsioon (T)
l – juhtmelõigu pikkus (m)
q – laeng
v – voolu kiirus (m/J)
α – nurk voolu suuna ja vektori vahel (°)
L – juhi induktiivsus (H)
ε – elektromotoorjõud (V)
φ – magnetvoog (Wb)
Δ – muutus
t – aeg (s)